摘要：热障涂层是航空发动机和地面燃气轮机提升工作效率、延长服役寿命的关键技术和重要手段。粘结层作为热障涂层系统中的重要组成部分,一方面可缓解陶瓷层和高温合金基体间的热不匹配应力,提高热障涂层系统热稳定性;另一方面,高温下通过生长一层致密且连续的Al_(2)O_(3)层,保护合金基体免受氧化和腐蚀。因此,粘结层性能直接决定了热障涂层系统的服役寿命。本文系统总结了传统粘结层材料、制备方法及其优缺点等方面的研究进展,同时介绍了新型高熵合金粘结层体系,重点关注其成分设计、结构及抗氧化性能等方面的研究现状及不足。最后,对粘结层材料的研究方向进行了展望。

摘要：K439B是一种服役温度可达800℃以上的新型镍基高温合金,由于铸件结构向着薄壁化方向发展,有必要开展K439B合金薄壁铸件的微观组织特征研究。为此设计了壁厚分别为1 mm和2 mm的薄壁铸件,进行了精密铸造实验和数值模拟。铸件的铸态组织对比分析表明,壁厚1 mm和2 mm薄壁的枝晶生长方向均为沿型壁指向中心,区别在于1 mm薄壁的枝晶生长方向与型壁夹角更接近垂直,并且1 mm和2 mm薄壁的平均一次枝晶臂间距分别为60.64μm和46.23μm;平均二次枝晶臂间距分别为19.31μm和22.69μm;并且1 mm薄板的平均晶粒尺寸为216.61μm,2 mm薄板的平均晶粒尺寸为239.11μm。结合数值模拟分析表明,枝晶臂间距与温度梯度和冷却速率的关系趋势基本符合已有的经验公式,但是当壁厚减小到某临界厚度时,一次枝晶臂间距与温度梯度和冷却速率的关系不再简单符合该经验公式。实验和模拟分析结果为合理制订K439B合金薄壁件的铸造工艺提供了参考和借鉴。

摘要：针对精密铸造数值模拟中存在工艺参数操作繁琐、仿真效率低、系统性总结匮乏的问题,构建了基于浇注面定位技术和自动化仿真流程技术的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台。该平台集成了从CAD设计到CAE仿真的过程,融合了浇注系统参数化、铸造工艺参数设计、仿真结果动态显示和仿真报告下载等功能,建立了10类仿真模版和237套模型库,实现了自动化快速仿真。以某动力涡轮机匣为例,利用该平台构建仿真模型、参数设计变量和结果预测优化指标进行仿真计算。模拟结果与实际生产一致,仿真效率大幅提高。

摘要：热障涂层是现代高性能航空发动机的关键材料和技术,能够显著提升热端部件(比如涡轮叶片)的工作温度,同时保护热端部件不受高温氧化和腐蚀。金属粘结层作为热障涂层的关键组成部分,直接决定了热障涂层体系的服役性能和寿命。然而,传统MCrAlY粘结层因为存在抗氧化性能不足、粘结层-基体互扩散严重以及高温强度不足等问题,导致服役温度不足1100℃,无法满足下一代超高温热障涂层的应用温度要求。基于传统MCrAlY粘结层中存在的关键问题,本团队提出高熵合金粘结层的设计思路,旨在突破传统粘结层的应用温度局限。本文重点介绍了Y/Hf-NiCoCrAlFe高熵合金的抗氧化与抗热腐蚀性能,同时也对此高熵合金粉体与粘结层的抗氧化性能进行了阐述,最后对高性能高熵合金粘结层的发展方向进行了展望。

摘要：传统牌号高强镍基高温合金具有较宽的凝固温度区间、较高比例的低熔点共晶相,在增材制造快速非平衡凝固过程中易产生裂纹等缺陷;同时,热处理过程中残余应力释放和γ’相快速析出导致应变时效裂纹的形成,严重限制了其在激光增材制造领域的应用与推广。基于此,本文综述了近年来国内外研究组及作者团队在选区激光熔化高强镍基高温合金裂纹形成机理与抗裂纹设计(成形工艺参数优化、热处理制度调控以及合金成分设计)领域相关的研究进展,并对激光增材制造γ’相强化镍基高温合金裂纹调控的研究进行了展望。

摘要：基于密度泛函理论,采用总能量平面波赝势方法,设计了La0.75Mg0.25Ni3.5-xCox（x=0、0.25、0.5、0.75）系列合金,并研究了其晶体及电子结构.计算结果显示随着Co含量的增加,La原子上的电荷转移先增大后保持不变,在Co含量为0.5时达到最大;费米能级处的态密度值先增加后稍减小,Co含量在0.5时达到最大.利用悬浮感应熔炼法制备了该系列合金La0.75Mg0.25Ni3.5-xCox（x=0、0.3、0.5、0.7）.对熔炼所得合金进行了结构和性能表征,XRD结果显示,随着Co含量的增加,合金的主相均为Ce2Ni7型AB3.5相;电化学测试显示,x=0.5时,合金的放电容量和循环性能均较好,为398.5 mAh/g,容量保持率S250为62%;PCT结果表明,在室温条件下合金的吸氢平台在0.04~0.09 MPa之间,当x=0.5时,吸氢平台压最低,为0.04 MPa,同时吸氢量最大,为1.587wt%.综合分析计算和实验的结果,AB3.5合金性能随Co添加量的变化趋势符合第一性原理计算的预测.

摘要：熔模铸造工艺流程长、工序多,铸件成型过程孤岛控制,存在尺寸超差问题。本工作基于节点法向量和最近邻点,提出熔模铸造工艺全节点位移传递的计算方法,解决熔模铸件成型多流程的数据孤岛问题。研究蜡模注射成型和铸件凝固过程工艺参数-尺寸偏差的关系,为数字孪生建模提供数据模型。对环套环特征件建立铸件模具反变形设计和铸件多流程下工艺优化的数字孪生应用。该数字孪生模型应用于设计阶段,反变形设计出模具内腔的三维几何模型。模拟结果表明,铸件所有节点位移偏差在0.04 mm以下。应用于流程之间的工艺控制,根据前一工序下尺寸偏差,进行后续工艺优化调控。

摘要：高温合金铸件是航空航天重大装备中不可或缺的热端部件,正向尺寸更大、结构更复杂和壁厚更薄的方向发展,对其内部冶金质量和外部尺寸精度的要求也愈加严苛,逐渐超出了传统熔模精密铸造技术的成型极限。疏松缺陷控制、薄壁完整充型、尺寸精度和表面质量控制已经成为大型复杂薄壁高温合金铸件制造的关键难题。本文系统综述了国内外高温合金铸造工艺设计、模壳制备、全流程尺寸精度和调压成型技术的研究现状,并对基于大数据的铸造智能化发展趋势进行了分析与展望。

摘要：提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

摘要：材料基因组工程与材料智能制备加工技术的发展为航空发动机高温合金关键热端部件的研发与制造提供了新的思路。针对航空发动机涡轮机匣类结构件高温合金材料与铸造成型的需求,开发了高通量并发式的热动力学模拟软件系统,结合镍基铸造高温合金的筛选判据,从520万余种成分组合中筛选并研制了一种新型镍基铸造高温合金,815℃、400 MPa下高温持久性能优于国外Inconel 939高温合金。针对高温合金复杂铸件的精密成型,开展了数据驱动铸件变形全流程集成计算,揭示蜡模注射工艺参数与尺寸映射关系以及凝固变形过程中工艺参数与尺寸精度关联关系,提出了一种基于数据驱动的工艺参数优化方法。建立了基于"模型+算法"的数据驱动的铸造冒口设计方法,结合试验设计和多目标遗传算法,优化了铸造工艺参数,试验验证后铸件工艺出品率提高13.39%。基于数据驱动的成分设计与基于数据模型的工艺设计结合,将加速航空材料与构件的研发与应用。